UPDATE: Der 555-CMOS-Timer als Impulsbreitenmodulator (PWM)….

Der vollständige Titel lautet „Der 555-CMOS-Timer als Impulsbreitenmodulator (PWM) zur Steuerung eines kleinen DC-Ventilators“. Dieser vollständige Titel ist zu lang für die Titelzeile und er vermittelt nicht das eigentliche Ziel dieses Update.

Der Kern liegt in den elektronischen Details, die auch für andere Projekte nützlich sein können. Hier habe ich in Wort und Bild einiges verbessert und erweitert. Ursprünglich ging es um die PWM-Anwendung für einen kleinen DC-Tischventilator mit einer kleinen Leistung von 6 Watt. Mit entsprechenden Ergänzungen, kann man mit der selben Basisschaltung, PWM-Erzeugung mit einem LMC555 oder TLC555 (kein NE555) inklusive Anlaufbeschleunigung, leistungsstärkere DC-Motoren betreiben. Neu ist eine Version mit einem DC-Motor für 24 VDC und maximal 3 A, angedeutet hier im Titelbild mit Bild 1.

Damit die Belastung am Ausgang keine Rückwirkung haben kann auf die Elektronik, die das PWM-Signal erzeugt, eignet sich eine Treiberstufe. Dazu eignet sich durchaus einen zweiten LMC555 oder TLC555 oder aber eine diskrete Schaltung mit zwei Transistoren (BJT). In Bild 2 sieht man eine solche, zwischen Komparator und MOSFET-Schaltstufe.

Dieser Elektronik-Minikurs gehört zur Gruppe, die sich mit der CMOS-Version des 555-Timers (LMC555, TLC555) mit praktischen Anwendungen beschäftigt. Weil hier PWM ein zentrales Thema ist und es zu einem interessanten Vergleich kommt, ist neu die PWM-Methode mit Dreieckgenerator und Komparator mit Pegelshifting ein Thema mit ebenfalls einer praktischen Anwendung. Beide Schaltungs-Varianten haben ihren eigenen Vorteil. Worin dieser besteht wird im neusten Update erklärt. In Bild 2, mit dem Dreieck-Generator, fehlt die ANLAUF-Funktion. Sie ist, wenn überhaupt notwendig, ein Teil der Schaltung, welche die Steuerspannung /Ut liefert. Die seltsame Bezeichnung /Ut ist im Minikurs erklärt und hat seinen Sinn.

Eine Komparatorschaltung neigt oft zum kurzzeitigen Oszillieren (Burst) während der Schaltflanke am Ausgang. In diesem Zustand tritt eine sehr hohe Verstärkung in Erscheinung. Auslöser für solche Bursts sind oft parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten, gegeben u.a. durch die Leiterbahnen. Auch diese Angelegenheit ist hier thematisiert und ebenso auch gleich der „mysteriöse“ Widerstand am Gate-Eingang eines Leistungs-MOSFET.

Gruss Euer
ELKO-Thomas

 


UPDATE: Der 555-CMOS-Timer als Impulsbreitenmodulator (PWM) zur Steuerung eines kleinen DC-Ventilators

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Das 555er-Timer-IC, ob in der bipolaren oder in der CMOS-Version, bietet die Möglichkeit der PWM-Erzeugung mit einer Steuerspannung. Die Steuerung bis zu einem sehr kleinen Tastgrad ist jedoch, IC-intern schaltungsbedingt, nicht möglich. Ist diese Eigenschaft jedoch wichtig und es genügt die Einstellung des Tastgrades mit einem Potmeter, ist dies leicht realisierbar mit der CMOS-Version LMC555 oder TLC555. Es funktioniert deshalb nur mit der CMOS-Version, weil nur diese die Möglichkeit bietet, einen stabilen Rechteckgenerator mit nur einem Timing-Widerstand und einem Timing-Kondensator zu realisieren. Auf dieser Grundlage stützt sich dieser 555-CMOS-Elektronik-Minikurs. Vermittelt wird die Grundlage dazu hier:

Das vorliegende Update besteht aus dem neuen Kapitel „NOCH STABILERE 555-PWM-SCHALTUNG MIT 555-TREIBER“. Die Schaltung in Bild 4 mit einem kleinen Ventilator, PWM-gesteuert und mit einem MOSFET, funktioniert prima und ist nachbaubar. Das Titelbild hier besteht aus vier Teilen. Teilbild A zeigt die Schaltung in Bild 4 mit reduzierter Wiedergabe. Genau genommen wird auch hier die PWM-Erzeugung, durch die Ansteuerung der Gate-Source-Kapazität des MOSFET, rückwirkend geringfügig beeinflusst. Bei dieser Anwendung fällt es nicht auf, ist unkritisch und deshalb ohne zusätzlichen Treiber realisierbar.
Teilbild B zeigt einen invertierenden Treiber, bestehend aus einem zweiten LMC555 (IC:B) und einer Transistorstufe mit schnellschaltenden Transistoren. Die punktierte Verbindung zwischen Pin 3 des LMC555 (IC:B) und dem MOSFET, deutet an, dass man auch ohne Transistorstufe auskommt, wenn es genügt die so eben genannte Rückwirkung zu vermeiden. Die Treiberleistung verbessert sich dadurch nicht. Dies kann aber dann notwendig sein, wenn eine höhere Kapazität (z.B. ein Piezogeber) gesteuert wird, angedeutet in Teilbild D.

Titelbild C zeigt die Alternative der MOSFET-Steuerung mit dem Discharge-Ausgang (Opendrain) des LMC555. Es wird genau erklärt, warum es nicht empfehlenswert, das Gate des MOSFET direkt mit dem Discharge-Ausgang zu verbinden. Diese Schaltung dürfte sich speziell mit geringstem Aufwand für kapazitive Geber eignen. Man beachte dazu die Punkte T in den Bildern C und D.

Viel Spass beim Lesen und möge dieser Inhalt zu eigenen Projektideen anregen.

Gruss
Euer ELKO-Thomas


UPDATE: 555-CMOS: 50%-Duty-Cycle-Generator (mit kapazitiver Sensor-Schaltung)

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Der Inhalt wurde leicht überarbeitet und es gibt ein neues Kapitel, das mit der Stabilität der Frequenz in Funktion der Betriebsspannung zu tun hat. Diese Stabilität ist für eine RC-Generatorschaltung hervorragend, vorausgesetzt man befolgt einige Regeln. Diese Regeln habe ich aus einem Experiment in einer Tabelle zusammengefasst. Diese Tabelle und die einfache Testschaltung schmücken das Titelbild. Die genaue Erklärung dazu folgt in diesem Elektronik-Minikurs.

Wenn man solche Experimente durchführt ist es wichtig, dass der Ausgang des LMC555-Generators nicht durch die Messleitung zum Oszilloskopen kapazitiv belastet wird und so die Messung negativ beeinflusst. Ein einfacher Buffer besteht darin, dass man ein einen zweiten LMC555 (oder TLC555) in seiner Schmitt-Trigger-Eigenschaft als Buffer verwendet. Das ist sehr einfach und erst noch elegant, wenn man die Messung von der minimalen (1.5 VDC) bis zur maximalen (15 VDC) Betriebsspannung durchführen will.

Es gibt Leute die den Unterschied nicht kennen zwischen einem LM555C und LMC555. LM555C ist kein Schreibfehler. Es gibt ihn tatsächlich und es ist die selbe bipolare Version wie der NE555. Der LMC555 ist die CMOS-Version. Auch das wird hier mal deutlich erklärt und mit Datenblatt-Links dokumentiert.

Kurz das Hauptthema zusammengefasst: Es geht um den bekannten Rechteckgenerator mit einem Tastgrad von 0.5 in der CMOS-Version des Timer-IC 555 LMC555 oder TLC555. Als frequenzbestimmende Bauteile benötigt es nur einen Kondensator und einen Widerstand. Als praktische Anwendung wird die kapazitive Feuchtemessung erklärt, die man ohne grossen Aufwand selbst realisieren kann.

Der Timing-Kondensator ist der kapazitiver Feuchtesensor. Die Luftfeuchtigkeit beeinflusst die Kapazität des Sensors und diese die Frequenz am Ausgang des LMC555 oder TLC555. Sonderbar ist, dass dieser kapazitive Sensor mit einem zusätzlichen Kondensator in Serie und parallel mit einem Widerstand beschaltet ist. Warum das so sein muss, wird im Kapitel „ANWENDUNG: KAPAZITIVE SENSORSCHALTUNG MIT LMC555“ genau erklärt.

Gruss und viel Spass
der ELKO-Thomas